Датировка древних ископаемых Ч. 2

В предыдущем материале были рассмотрены физические основы методов радиоизотопного датирования, а также некоторые из его разновидностей. В этой части речь пойдет о методе радиоуглеродного датирования.

Алмаз и графит. Оба вещества состоят из атомов углерода, имея при этом совершенно разные свойства.
Алмаз и графит. Оба вещества состоят из атомов углерода, имея при этом совершенно разные свойства.

Радиоуглеродный анализ

Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов C-12 (98,89 %) и C-13 (1,11 %) и радиоактивного C-14, который присутствует в следовых количествах (около одной десяти миллиардной доли процента). Изотоп C-14 постоянно образуется в основном в верхних слоях атмосферы на высоте 12—15 км при столкновении нейтронов и ядер атмосферного азота.

В среднем в год в атмосфере Земли образуется около 7,5 кг радиоуглерода, при общем его количестве примерно 75 тонн.
Путь углерода 14 от "рождения" и до "могилы".
Путь углерода 14 от "рождения" и до "могилы".

Период полураспада изотопа углерода C-14 составляет 5730 лет. На 2010 год предельный возраст образца, который может быть точно определён радиоуглеродным методом, около 60 000 лет, то есть около 10 периодов полураспада C-14 . За это время содержание C-14 уменьшается примерно в 1000 раз.

Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере примерно одинаково из-за активного перемешивания атмосферы, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене, получая углерод из окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом.

С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный C-14 постепенно распадается, в результате его содержание в останках постепенно уменьшается. Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме и определив их текущее соотношение в биологическом материале, можно установить время, прошедшее с момента гибели организма.

Один из наиболее известных случаев применения радиоуглеродного метода — исследование фрагментов Туринской плащаницы, проведённое в 1988 году.

Калибровка метода

Исходные предположения создателя метода Уилларда Либби заключаются в том, что соотношение изотопов углерода в атмосфере во времени и пространстве не меняется, а содержание изотопов в живых организмах в точности соответствует текущему состоянию атмосферы. Однако, эти предположения справедливы лишь приблизительно. Содержание изотопа C-14 в атмосфере зависит от многих факторов таких, как:

  • интенсивность космических лучей и активность Солнца;
  • широта местности;
  • состояние атмосферы и магнитосферы;
  • вулканическая деятельность;
  • круговорот углекислого газа в природе;
  • проведение атмосферных ядерных испытаний;
  • сжигание большого количества нефти, природного газа и угля.

Два последних фактора делают невозможным проведение точных радиоуглеродных датировок у образцов 20-го века.

Замедленное достижение радиоуглеродного равновесия в Мировом океане с атмосферой приводит, если не учитывать поправок, к "увеличению возраста" остатков морских организмов, а также тех сухопутных организмов, чья диета в основном состояла из морской пищи.
Северные Роналдайские овцы на пляже в Северном Роналдайе. Зимой эти овцы питаются водорослями, поэтому по радиоизотопному составу они древнее своих сородичей, питающихся исключительно травой.
Северные Роналдайские овцы на пляже в Северном Роналдайе. Зимой эти овцы питаются водорослями, поэтому по радиоизотопному составу они древнее своих сородичей, питающихся исключительно травой.

Именно по этому была создана калибровочная кривая IntCal13, построенная отдельно для северного и южного полушарий, она охватывает последние 50 000 лет и была получена на основании тысяч измерений точно датируемых древесных колец деревьев (последние 12 000 лет), годовых приростов кораллов и отложений фораминифер (раковинные одноклеточные организмы).

Калибровочная кривая IntCal13 для диапазона 0—50000 лет, северное полушарие.
Калибровочная кривая IntCal13 для диапазона 0—50000 лет, северное полушарие.
Калибровка для морских объектов выполняется по отдельной кривой Marine13, поскольку скорость обмена углерода в морском резервуаре медленнее атмосферного.

В заключение

Подводя итог всему выше сказанному, можно констатировать, что в своём современном виде на историческом интервале (от десятков лет до 60—70 тысяч лет в прошлое) радиоуглеродный метод можно считать достаточно надёжным и качественно откалиброванным независимым методом датирования предметов биологического происхождения.

Если Вам понравилась статья, не забудьте оценить и поделиться ей с друзьями.
Есть вопросы или пожелания - пишите нам на почту, мы будем рады узнать ваше мнение bio.trash@yandex.ru